[发明专利]基于时钟同步的配电网监测装置及方法

权利要求书

1.一种基于时钟同步的配电网监测装置，其特征在于：包括数据处理单元DSP、本地时钟模块FPGA、GPS模块、模拟信号调理板及开关量板，所述本地时钟模块FPGA维持一高精度的相位及速率可调时钟，分辨率在ns级，同时负责对WPTP无线时钟同步过程中时间戳的精确标记；数据处理单元DSP负责对模拟量A/D采样和DFT相量计算与相角修正算法的执行；GPS模块负责接收GPS信号并解析时间信息完成对主节点本地时钟同步；模拟信号调理板及开关量板完成对电网被测信号的变送和幅值整定，以电信号送入A/D转换器进行采样。

2.根据权利要求1所述的基于时钟同步的配电网监测装置，其特征在于：所述的数据处理单元DSP采用TI公司生产TMS320F28335作为主处理器，用于对采样数据的相量计算；其中串口SCI有多个是通过转换插针的方式转换，用于对本地时钟模块FPGA、GPS模块的配置和数据传输。

3.根据权利要求1所述的基于时钟同步的配电网监测装置，其特征在于：所述的本地时钟模块FPGA为EP4CE6E22C8N芯片，GPS模块为LEA-6T-00。

4.一种利用权利要求1至3中任意一项所述的基于时钟同步的配电网监测装置实现的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(1)、基于DFT/FFT相量误差修正；

步骤(2)、FPGA控制的频率同步采样。

5.根据权利要求4所述的基于时钟同步的配电网监测方法，其特征在于：步骤(1)所述的基于DFT/FFT相量误差修正，包括如下步骤：

步骤(1.1)频率同步采样下的传统DFT计算，同步相量测量装置的数据处理部分首先根据统一时标的到来作为DFT数据窗开始标记，以此开始记录采样点个数，当数据窗内采满点数N时，以此N点采样值做DFT计算，设相量计算幅值和相角结果分别为A和θ_DFT；

步骤(1.2)统一时标与数据窗首采样点时间偏差测量，统一时标一方面作为DFT数据窗开始标志，另一方面作为误差修正的采样时间信息的读取；当统一时标到来时，数据处理部分读取由本地时钟对采样脉冲标记的紧跟统一时标到来采样点时间信息t₂及统一时标时间信息kT；由公式Δt＝t₂-kT计算时间偏差Δt；

步骤(1.3)时间偏差对应相角偏差计算，由标记的紧邻统一时标的采样点时间信息t₁及步骤(1.2)中求得的Δt计算相角偏差Δθ，计算公式如下：

其中，T_s为频率同步采样时间间隔，可在每周期由标记的时间信息t₁和t₂计算，即T_s＝t₂-t₁，也可以自适应频率跟踪单元生成频率同步采样脉冲时的设定采样间隔直接替代；

步骤(1.4)DFT计算相角修正，设统一时标实际相角为θ_时标，由于周期采样点数为N则采样相角间隔为则统一时标修正相角如下：

用修正结果θ_时标替换DFT直接的计算结果θ_DFT，至此同步相量计算及偏差修正过程完成。

6.根据权利要求4所述的基于时钟同步的配电网监测方法，其特征在于：步骤(2)所述的FPGA控制的频率同步采样，具体是：测量系统中各测量节点根据其所在区域地理位置以及所在子网中地位不同被分为主节点和从节点；一级主网络根据传输距离和便利性采用基于无线的或者光纤以太网的方式组网和数据传输；同时一级主网络采用基于GPS硬件的时钟同步方式对各子网络的主节点进行同步授时；测量系统中的二级次网络的各子网内部各测量节点之间及与数据集中器之间采用基于无线通信的方式组网和数据传输；且子网络内由具有GPS硬件的主节点WPTP无线时钟同步协议对各从节点进行同步授时。